一种三维基坑围护地下连续墙的构建方法与流程

本发明涉及计算机建模，具体为一种三维基坑围护地下连续墙的构建方法。

背景技术：

1、地下连续墙是由钢筋混凝土在地下浇注形成一道连续的墙壁，是基坑支护工程中最常见的支挡结构。其墙体通过分幅接头分隔为若干独立的墙幅，各墙幅顶部连接支护冠梁，底部嵌入基底下方土体。设计中通过绘制支护墙体平面、竖向展开图或断面图，并进行墙幅分幅划分、编号，同时辅以各墙幅配筋、尺寸信息表等，以相对直观的二维图纸方式予以表达，指导施工。

2、目前最普遍的设计方法是，工程师在按经验初步确定支护方案后，借助二维制图工具，先绘制出基坑的轮廓边界线作为围护地连墙内边线，将线条按墙厚向外偏移复制作为外边线，以示意围护墙的平面投影；然后，基于围护墙投影双线，根据经验选取某特征点作为起始点，绘制垂直于内外边线的线段以模拟分幅接头，并沿墙体纵向按墙幅分幅长度规则，依次绘制出分幅位置示意线段；接着，依次按规则对墙幅分别进行编号，形成围护地连墙平面布置图；随后，对应绘制基坑及围护墙竖向展开立面图或断面图，并衬入地质分层钻孔柱状图以示意基坑所处地层；根据立面展开图或断面图选取对应位置的钻孔进行钻孔计算，人工统计各钻孔土层信息、各支锚信息、支护空间数据，利用基坑计算软件进行计算分析；人工统计计算结果，再结合相关支护钻孔计算分析结果，对各墙幅顶、底模拟线进行调整；最后，根据平面、立面图统计各墙幅的尺寸信息，根据计算结果统计配筋信息，综合汇总制表完成二维图纸。

3、在bim应用软件和岩土结构计算分析与应用软件中，现阶段也是依赖于工程师在二维制图中进行大量预处理。以bim软件为例：在完成建筑三维模型搭建后，基于地下结构轮廓生成整体的围护墙模型，再利用二维制图按前述传统设计方法绘制出分幅位置示意线段；随后，将分幅后的基坑二维制图平面图导入bim模型，通过识别分幅示意线对模型中墙体进行分幅；另，由于bim软件不具备岩土结构受力计算分析能力，需接入其他软件计算结果，而现阶段基坑均采用断面钻孔计算，其结果仅代表选取钻孔位置的断面，是非连续的，因此需要人工逐项逐幅交互指定地连墙相关计算结果，如墙幅的顶、底标高信息、墙体配筋等数据；最后，系统汇总统计相关墙幅尺寸、配筋信息生成信息表，并剖切相关断面、立面等导出二维图纸。岩土结构计算分析与应用软件中，重点对基坑在土层中各工况下受力进行模拟分析，并不具备详细墙幅划分、编号、图纸绘制等设计能力。

4、综上，现阶段基坑围护地连墙的设计繁琐之处在于：1、详细的分幅绘制、编号工作需要人工借助二维制图工具进行人工划分；2、地下连续墙的顶部、底部标高数据，依赖于在第三方软件进行重复建模计算分析后再人工统计计算结果，根据结果人工绘制图纸及图表，或交互到bim软件中；3、基坑的墙幅较多，设计需要逐幅进行指定、核对墙幅的顶、底标高信息、墙体配筋等，属于重复性劳动，效率低下；4、前述中的结构计算，完全依赖于现行主流的二维钻孔计算软件，过程中需进行大量人工交互地质土层信息及支护空间数据，最后再次交互输入到软件中。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种三维基坑围护地下连续墙的构建方法，以解决上述背景技术提出的构建中多项步骤需人工进行、智能化水平低、构建方法不合理等多种难题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种三维基坑围护地下连续墙的构建方法，包括如下步骤：

3、s1、构建围护墙母体初始三维模型；

4、获取地下结构平面轮廓线数据、三维基坑底面数据、墙底嵌固深度初始值及墙顶冠梁标高初始值，根据所述地下结构平面轮廓线数据、所述三维基坑底面数据、所述墙底嵌固深度初始值及所述墙顶冠梁标高初始值，依据平面外扩原则，构建基坑围护墙母体初始三维模型；

5、s2、墙幅划分并逐幅编号；

6、s3、桥接已建立的岩土地质bim模型，所述岩土地质bim模型包括各钻孔编号、各钻孔空间布置定位、各钻孔竖向土层分布、各土层物理参数特性；

7、将所述岩土地质bim模型中的地勘钻孔数据三维模型嵌入至所述基坑围护墙母体初始三维模型，并将划分得到的所述若干墙幅划归至所述地勘钻孔数据三维模型中的不同钻孔下，且进行分组，与具有不同编号的钻孔归并分组；

8、s4、在所述基坑围护墙母体初始三维模型的基础上，搭建基坑支护的内支撑、围护冠梁、腰梁，完成支护系统三维初始模型，根据初始基坑支护方案，在支护系统三维初始模型中剖切需要计算的基坑断面，自动读取断面的相关基坑深度数据、围护墙厚度、初始嵌固深度、各支锚信息，并关联读取所属分组的钻孔编号及钻孔土层及各岩土勘察物理参数信息，将数据存储为需要接力计算软件的文件录入格式，进行文件以钻孔编号命名，然后利用接力软件读取该信息文件，经运算分析得出各钻孔编号对应的计算结果信息；

9、s5、批量读取二维钻孔接力计算分析的相关计算结果信息，通过自动辨识钻孔编号，以获取所代表不同区域的墙幅配筋、嵌固深度、墙顶标高信息，关联修改模型中的围护地下连续墙嵌固深度并赋予墙幅配筋信息；

10、s6、根据所述围护墙母体初始三维模型及步骤s5中导入的计算结果信息及调整修改后的地连墙嵌固深度、墙幅配筋实体模型，导出获得基坑围护地下连续墙的二维信息。

11、进一步地，所述平面外扩原则为，基于地下结构平面轮廓线向外侧偏移固定数值的距离作为基坑轮廓线，沿所述基坑轮廓线进行布置围护墙体，围护墙内边线与之贴合；地下结构平面轮廓线与围护墙内边线间即为基坑肥槽，所述基坑肥槽宽度根据施工需要拟定，平面外扩原则为肥槽设置原则；地下结构的外边线为地结构外墙轮廓；围护结构内边线为基坑开挖的实际边界，与基坑轮廓线贴合；所述墙底嵌固深度初始值、墙顶冠梁标高初始值分别确定出墙体上、下端部位置。

12、进一步地，所述步骤s2具体包括，选取所述基坑围护墙母体初始三维模型中任一拐角点作为起点，从所述起点开始沿基坑围护墙母体的轮廓线沿顺时针或逆时针方向，对墙幅进行划分，并对划分得到的若干墙幅进行编号。

13、进一步地，步骤s2还包括，在不同墙幅间之间添加分幅接头，分幅接头采用型钢接头或锁扣管。

14、进一步地，步骤s3中墙幅采用可视化的框选方式，具体为：选取需要计算的代表性勘察钻孔，代表区域范围内的地下连续墙墙幅相关属性与所述钻孔进行关联，通过辨识钻孔编号进行自动匹配关联钻孔计算结果的墙幅配筋、嵌固深度；

15、所述钻孔计算为岩土基坑工程设计中，以钻孔揭示的土层模拟计算区域支护结构墙背土体进行计算分析，计算结果包含支挡结构内力、位移、各支锚层轴力、墙体厚度、墙体配筋、嵌固深度等数据或图表信息。

16、进一步地，步骤s4具体为，完成支护系统三维初始模型搭建后，根据初始基坑支护方案，剖切需要计算的基坑断面，读取断面的相关基坑深度数据、围护墙厚度、初始嵌固深度、各支锚信息、所属钻孔岩土勘察信息，将数据批量导出、存储为需要接力计算软件的文件录入格式，文件以钻孔编号或断面编号作以区分；

17、各钻孔编号对应的计算结果信息包括计算所得的围护墙嵌固深度、墙体配筋、墙顶标高、各道支锚轴力等，可选的将计算结果信息，以钻孔编号为项目名统计制作成excel表格或以钻孔编号命名的接力计算软件结果的存储格式文件。

18、进一步地，所述支护系统三维初始模型搭建，具体包括三维的基坑最终基底面、基坑支挡地下连续墙墙体结构、基坑支护的内支撑系统、地基加固体以及基坑安全开挖与回筑工序、基坑安全等级、各项基坑验算安全指标数据；

19、其中，所述基坑支护的内支撑系统包括三维的支撑、冠梁、腰梁、立柱；

20、所述地基加固体仅在支护系统三维初始模型依工况需要时进行构建。

21、进一步地，所述所属钻孔岩土勘察信息，包括基坑场地范围的所有勘察钻孔平面布置与各钻孔竖向土层分层信息，所述各钻孔竖向土层分层信息为土层名称、土层编号、时代成因、土层厚度、孔口高程、层底高程、各土层钻孔计算所需的各项物理参数，所述各土层钻孔计算所需的各项物理参数包括天然密度、孔隙比、天然含水率、粘聚力、内摩擦角、压缩系数、压缩模量、渗透系数、承载力特征值、桩侧摩阻力特征值、桩端摩阻力特征值、桩侧摩阻力标准值、水平基床系数、竖直基床系数、水平抗力比例系数。

22、进一步地，步骤s6中，所述基坑围护地下连续墙的二维信息至少包括围护地下连续墙分幅平面布置图、围护地下连续墙立面展开图、各墙幅尺寸信息表、配筋表的二维图纸中的其中一项。

23、与现有技术相比，本发明有益效果是：本发明的三维基坑围护地下连续墙的构建方法，沿基坑轮廓的地连墙纵向路径进行按规则逐幅智能划分墙幅，可更加快速、便利、准确的完成地连墙平面分幅划分，不再依赖于人工二维cad的预处理，可正真意义上实现了正向、智能的地连墙分幅划分设计；

24、将钻孔三维模型嵌入基坑围护模型并耦合后，采用可视化框选分区划分将不同墙幅与钻孔关联，可快速将钻孔计算结果的配筋、嵌固深度、支锚轴力等与地连墙墙幅关联匹配，提供了自动匹配、导出各墙幅的尺寸信息及配筋信息等施工图数据，该方法逻辑简单、计算机运算快捷，可省去人工耗时进行大量统计、查询匹配，极大提高了工程师的设计效率；

25、通过剖切三维支护断面并关联钻孔数据，支护结构+岩土钻孔模型，更加直观、二者空间关系更精确，可在计算机软件中自动统计出，精确的基坑围护竖向空间数据、钻孔分层空间数据及土层岩土物理参数，并将其存储为目标格式的数据文件，接力的计算软件快速读取进行计算，省去人工统计及输入计算，随后读取计算结果并关联修改模型。该方法综合了bim模型软件和岩土计算软件的不同优势，将相关数据读取、汇总由计算机自动完成，为工程设计师提供了切实便利，极大提高了工作效率及准确率。